水稻红莲型细胞质雄性不育基因orfH79的表达对细菌生长的抑制

orfH79是水稻红莲型细胞质的雄性不育基因。为了进一步研究其分子机理,在大肠杆菌中分别构建水稻红莲型细胞质雄性不育基因orfH79的原核表达载体pET-28a-orfH79和pGEX5x-2-orfH79。分别转化大肠杆菌菌株BL21(DE3)后利用IPTG诱导分析其表达产物对细菌生长的影响,结果表明PET-28a-orfH79重组子诱导表达的微量的ORFH79天然蛋白强烈的抑制了细菌的生长,而pGEX5X-2-orfH79重组子诱导表达的在ORFH79蛋白N端带GST标签的融合蛋白对细菌的生长影响却并不明显。这一结果为思考水稻红莲型细胞质雄性不育的分子机理提供了研究线索。

水稻红莲型不育系花药败育过程中线粒体亚显微结构的观察及ORFH79蛋白的亚细胞定位

为了了解水稻红莲型细胞质雄性不育系小孢子发育过程中线粒体的结构特征以及水稻红莲型细胞质不育系基因orfh79蛋白的亚细胞的定位,利用透射电镜分别观察了红莲型性不育系水稻小孢子发育过程中花粉母细胞,四分体和单核期三个发育时期花药线粒体的超微结构的变化,并结合胶体免疫金电镜技术研究了orfh79蛋白的亚细胞的定位。结果表明,与育性正常的保持系(YtB)同期小孢子发育相比,水稻红莲型不育系(YtA)小孢子发育的四分体和单核花药期的线粒体的结构出现了异常。同时,胶体免疫金电镜结果表明orfh79蛋白集中分布于不育系花药的线粒体中。上述实验结果从细胞学角度为深入研究红莲型细胞质雄性不育的机理奠定了基础。

HL-CMS基因orfH79在稻种资源中的遗传多态性研究

研究已经证实水稻线粒体基因组异常嵌合基因orf H79和orf79分别为HL-CMS和BT-CMS基因。为探讨orf H79在水稻资源中的遗传及变异,对来自不同稻作国家的124份水稻材料进行orf H79特异性PCR检测。有18份水稻材料检测出含有HL-CMS基因orf H79及其同源序列,结果表明HL-CMS基因orf H79及其同源序列在稻种资源中具较高频率的分布(14.5%)。DNA序列分析显示HL-CMS基因orf H79及其同源序列和BTCMS基因orf79具有非常保守的遗传特性(97%),共检测出6个多态性碱基位点,6个位点碱基的变异导致多肽ORFH79产生了5个位点氨基酸的变化。基于orf H79DNA序列的聚类分析显示18份含orf H79的水稻材料被分成了4个类群。多肽ORFH79的氨基酸序列变异分析表明HL-CMS胞质在稻种资源中产生了明显的遗传分化,至少存在3种以上的变异类型。研究结果为新型水稻CMS胞质的发掘与培育提供了理论和实验依据。

水稻配子体细胞质雄性不育基因orf79/orfH79的变异多态性研究

线粒体基因组异常嵌合基因orf79/orfH79被证实为水稻配子体细胞质雄性不育(cytoplasmic male sterility,CMS)基因。为了调查配子体CMS基因orf79/orfH79在水稻资源中的遗传与变异,来自不同国家的31份水稻材料被用于PCR检测。10份水稻材料被检测出具有配子体CMS基因orf79/orfH79,表明配子体CMS基因orf79/orfH79在水稻资源中具有较高的分布频率(32.2%)。DNA序列分析显示水稻配子体CMS基因orf79/orfH79具有非常保守的遗传特性(98.3%),只有4个多态性碱基位点被检测出,4个碱基位点的变异导致多肽ORF79/ORFH79三个氨基酸位点的改变。基于orf79/orfH79 DNA序列的聚类分析系显示10份水稻材料被分成了3个类群,表明配子体CMS胞质在水稻资源中存在多种变异模式。研究结果为新水稻CMS胞质的发掘与培育提供重要的理论和实验依据。

水稻新型胞质不育系L-orfH79与其同核异质YTA的比较

[目的]验证新型细胞质不育系L- orfH79 与其同核异质的近等基因系HL-CMS YTA的区别。[方法]用 orfH79和orf290 这2种分子标记对L- orfH79 和YTA进行分子鉴定,并比较其花粉染色特性、花粉育性、结实率及 orfH79 表达量。[结果]分子标记鉴定结果显示L- orfH79只含有不育基因orfH79、不含有orf290 ,YTA同时含有 orfH79和orf290。 L- orfH79 花粉的淀粉沉积比YTA更少,L- orfH79 花粉大小均匀,而YTA的花粉形态不一。L- orfH79 花粉育性、套袋结实率及自然结实率(都低于10%)略高于YTA(都低于5%)。当L- orfH79中引入恢复基因Rf5或者Rf6后花粉形态和颜色都恢复正常。抽穗期 L- orfH79剑叶中的 orfH79 表达量低于YTA,在L- orfH79中引入Rf5或者Rf6后会减少orfH79的表达量。[结论] L- orfH79 是不同于YTA的新型细胞质雄性不育系,L- Rf5 、L- Rf6 可作为其恢复系。

水稻CMS相关基因在稻属AA基因组中的分布及其单核苷酸多态性

水稻线粒体基因组嵌合基因orf79和orfH79分别被认为与BT-型和HL-型水稻CMS有关,两者具有98%的同源性,并且其DNA序列只存在4核苷酸的差异。对于这两个嵌合基因,前者来源于栽培稻(Oryza.sativaL.),而后者则来源于普通野生稻(O.rufipogon Griff.)。这意味着orf79/orfH79可能在广泛分布于稻属AA基因组中。为了调查orf79/orfH79在稻属物种中的分布和变异,190份栽培稻品系[包括156份亚洲栽培稻(O.sativavar.landrace)和34份非洲栽培稻(O.glaberrima)]以及104份稻属AA基因组野生稻品系(包括O.rufipo-gon、O.nivara、O.glumaepatula、O.barthii、O.longistaminata和O.meridionalis6个种),被用于PCR扩增检测。31份具有控制粤泰A和笹锦A的特异片段的稻属AA基因组水稻品系被检测出。所有特异片段均被回收并测序,基于DNA序列的聚类结果显示31份水稻材料被分成了两组,分别代表为BT-型和HL-型水稻不育细胞质组群。结果也进一步表明:HL-型水稻CMS胞质主要分布于一年生的O.nivara中;BT-型水稻CMS胞质可能来源于栽培稻变种或多年生野生稻O.rufipogon。